PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] Η ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΩΝ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΩΝ ΜΟΛΥΒ∆ΟΥ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΤΥΠΟΥ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΗΣ ΒΑΛΒΙ∆ΑΣ (VALVE REGULATED) Γενικά για τους Συσσωρευτές µολύβδου κλειστού τύπου ή Συσ/τές Ρυθµιστικής Βαλβίδας, Valve Regulated Lead Acid Batteries Στα τελευταία 10 έτη οι συσσωρευτές µολύβδου κλειστού τύπου, ή όπως αναφέρονται VR από το Valve Regulated, παίρνουν συνεχώς αυξανόµενο µερίδιο στην αγορά των συσσωρευτών µόνιµης εγκατάστασης (stand-by). Οι περισσότερες εγκαταστάσεις συστηµάτων αδιάλειπτης λειτουργίας, UPS, σήµερα χρησιµοποιούν αυτού του τύπου συσσωρευτές. Οι περισσότεροι από τους συσσωρευτές αυτούς είναι τεχνολογίας “εµποτισµένου ηλεκτρολύτη”, ή AGM από το Absorded Glass Mat. Παράλληλα όλο και πιο συχνά συναντώνται σε εφαρµογές Τηλεπικοινωνιών και Ηλεκτρικών εγκαταστάσεων όπου και απαιτούνται νέες συµπαγείς εγκαταστάσεις συστοιχιών. Ίσως θα µπορούσε να λεχθεί ότι σήµερα είναι “µόδα’ ή χρήση αυτών των τύπων συσσωρευτών. Συναντώνται ακόµη και σε εγκαταστάσεις όπου υπάρχει αρκετός χώρος ή ειδικό δωµάτιο συσσωρευτών. Πολλές φορές ίσως στις εγκαταστάσεις αυτές συσσωρευτές “ανοικτού τύπου”, FV, Free Ventilated, θα µπορούσαν να λειτουργήσουν το ίδιο καλά και πιθανόν καλύτερα. Εκτός από το προτέρηµα της τοποθέτησης σε οποιαδήποτε θέση, οριζόντια ή πλάγια, οι συσσωρευτές αυτοί προωθούνται και ως “Ανευ συντήρησης” (maintenance free) ή “κλειστές” (sealed) και µε µεγάλο χρόνο ζωής. Όλοι αυτοί οι χαρακτηρισµοί είναι λογοπαίγνια. Μετά από κάποια χρόνια εµπειρίας στη χρήση αυτών των συσσωρευτών παρουσιάσθηκαν διάφορα προβλήµατα. Για παράδειγµα υψηλές θερµοκρασίας λειτουργίας, µειωµένες χωρητικότητες και µικρότερο από τον αναµενόµενο χρόνο ζωής. Ίσως οι συσσωρευτές αυτοί δεν αποδίδουν τα υποσχόµενα. Θα µπορούσε όµως αυτό να οφείλεται από ελλειπή συντήρηση και συνήθως λάθος εγκατάσταση. Συχνά συµπαγή συστήµατα µε VR-συσσωρευτές τεχνολογίας AGM στεγασµένους σε µεταλλικά ερµάρια µε ελλειπή αερισµό παρουσιάζουν υψηλές θερµοκρασίες λειτουργίας µικρή διάρκειας ζωής και πιθανόν εκδήλωση του φαινοµένου της ανεξέλεγκτης αύξησης της θερµοκρασίας. Η ανεξέλεγκτη αύξηση της θερµοκρασίας (thermal runaway), είναι φαινόµενο που θα µπορούσε να εµφανιστεί σε όλους τους τύπους των συσσωρευτών. Είναι συνδεδεµένο µε τις θερµικές απώλειες στους συσσωρευτές. Οι συσσωρευτές VR µε τεχνολογία ΑGM έχουν υψηλότερες θερµικές απώλειες. Σε αυτούς τους τύπους εµφανίζεται συχνότερα το φαινόµενο αυτό. PowerServices BATlex001-12/2/2013 1(10) PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] Πως λειτουργεί ο συσσωρευτής VR 2 Όταν το στοιχείο, ενός συσσωρευτή “ανοικτού τύπου” έχει φορτιστεί το νερό Η Ο έχει διασπασθεί. ∆ηµιουργείται οξυγόνο στην θετική πλάκα και υδρογόνο στην αρνητική. Το αέριο διαφεύγει έξω από το στοιχείο µε αποτέλεσµα απώλεια νερού. Όταν φορτίζεται ένας συσσωρευτής αρχικά δηµιουργείται οξυγόνο. Το υδρογόνο παρουσιάζεται όταν η αρνητική πλάκα είναι πρακτικά πλήρως φορτισµένη. Ενας συσσωρευτής VR είναι εν µέρει, σχεδιασµένος για άλλη λειτουργία. Οταν παράγεται οξυγόνο στην θετική πλάκα, (1) το ενεργό υλικό της αρνητικής πλάκας σε µεγάλο βαθµό αποτελείται από πολύ πορώδες µόλυβδο. Εάν το οξυγόνο αποκτήσει την δυνατότητα να προσεγγίσει τη αρνητική πλάκα, αυτό δεν διαφεύγει από το στοιχείο. Παραµένει αντιδρώντας µε τον µόλυβδο της αρνητικής πλάκας, παράγοντας οξείδιο του µολύβδου (2). Το οξείδιο αυτό αντιδρά µε τον ηλεκτρολύτη, θειικό οξύ, παράγοντας υπεροξείδιο του µολύβδου (3). Το αποτέλεσµα είναι µία αυτοεκφόρτιση της αρνητικής πλάκας η οποία αντιστοιχεί στην φόρτιση (4). Με τον ίδιο τρόπο η αρνητική πλάκα δεν θα είναι πλήρως φορτισµένη και η δηµιουργία υδρογόνου αδύνατη. (1) (2) (3) (4) 2H2O 2Pb + O2 PbO + H2SO4 PbSO4 + 2H+ + 2e- -------------> -------------> -------------> -------------> 2H+ + O2 + 4e2PbO PbSO4 + H2O Pb + H2SO4 Οι παραπάνω αντιδράσεις ορισµένες φορές αναφέρονται και ως “ανασύζευξη οξυγόνου” ή ως “κύκλος οξυγόνου”. Ανάλυση του σχεδιασµού των συσσωρευτών VR Η απαίτηση να λειτουργεί το στοιχείο ενός συσσωρευτή σε αυξηµένη πίεση βοηθά το οξυγόνο να προσεγγίσει την αρνητική πλάκα. Αυτός είναι ο λόγος ύπαρξης της ρυθµιστικής βαλβίδας. Η βαλβίδα αυτή πρέπει να ανοίγει σε ορισµένη πίεση, τυπική τιµή 100mbar, περίπου 1,4 Psi. Παράλληλα αποτρέπει την είσοδο του ατµοσφαιρικού αέρα εσωτερικά του συσσωρευτή. Έτσι πήρε και το όνοµα του ως συσσωρευτής ρυθµιστικής βαλβίδας, “Valve regulated battery”. Εκτός αυτού το περιβάλλον γύρω από την αρνητική πλάκα πρέπει να περιέχει ορισµένο όγκο αερίου το οποίο είναι πιθανό να µεταφέρει το οξυγόνο εκεί. Ο σχεδιασµός των συσσωρευτών VR βασίζεται στην ανάγκη να προστεθεί από την αρχή ακριβής ποσότητα ηλεκτρολύτη. Αυτή η ποσότητα πρέπει να είναι αρκετή για όλη την ζωή του συσσωρευτή. Μία καθορισµένη ποσότητα νερού πρόκειται να καταναλωθεί από την “απόδραση” του υδρογόνου διαµέσου της βαλβίδας καθώς επίσης και από την χρήση του οξυγόνου στην διάβρωση της θετικής πλάκας. Αυτή η απώλεια νερού είναι ελεγχόµενη και αποδεκτή από κατασκευής αυτών των συσσωρευτών. Υψηλές απώλειες νερού οδηγούν στην καταστροφή του συσσωρευτή αφού είναι αδύνατη η συµπλήρωση του. Οι συσσωρευτές VR είναι αντίστοιχα πολύ PowerServices BATlex001-12/2/2013 2(10) PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] ευαίσθητοι στην αυξηµένη θερµοκρασία περιβάλλοντος και στην αυξηµένη τάση φόρτισης. Όλα αυτά οδηγούν επίσης σε αύξηση των απωλειών του νερού. Σήµερα υπάρχουν δύο µέθοδοι δηµιουργίας αερίων όγκων στην περιοχή της αρνητικής πλάκας. Συσσωρευτές µε “εµποτισµένο ηλεκτρολύτη “ (absorded electrolyte, AGM) και συσσωρευτές µε “ηλεκτρολύτη σε µορφή ζελέ ή ζελατίνης” (Gel electrolyte). Συσσωρευτές µε “ηλεκτρολύτη σε µορφή ζελέ” Οι συσσωρευτές αυτοί συνήθως σχεδιάζονται µε τον ίδιο τρόπο όπως οι συµβατικοί συσσωρευτές. Η διαφορά είναι ότι στον ηλεκτρολύτη τους έχει προστεθεί οξείδιο του πυριτίου (SiO2), το οποίο του προσδίδει την µορφή ζελέ. Μετά από κάποια χρήση το ζελέ ξεραίνεται σε κάποια σηµεία και µπορεί να δηµιουργηθούν ραγίσµατα. Αυτό δίνει την δυνατότητα στο οξυγόνο να αντιδράσει και να δηµιουργηθεί νερό. Έτσι η ανάγκη νερού µειώνεται και αντίστοιχα µηδενίζεται η ανάγκη συµπλήρωσης. Εφόσον ο ηλεκτρολύτης έχει την µορφή ζελέ, οι συσσωρευτές φυσικά µπορούν να τοποθετηθούν σε οποιαδήποτε θέση. Συσσωρευτές VR µε ηλεκτρολύτη σε µορφή ζελέ έχουν συνήθως πλαστικούς χωριστήρες όπως αυτοί που χρησιµοποιούνται και για τους συµβατικούς συσσωρευτές “ανοικτού τύπου”. Οι χωριστήρες αυτού διαχωρίζουν τις θετικές µε τις αρνητικές πλάκες µηχανικά και ηλεκτρικά. Αυτοί οι χωριστήρες µπορούν να παραχθούν τόσο για χρήση σε επίπεδες όσο και για σωληνωτές θετικές πλάκες. Θετικές σωληνωτές πλάκες είναι η πιο αξιόπιστη λύση σε αυτούς τους σχεδιασµούς µιας και έχουν τον µεγαλύτερο αναµενόµενο χρόνο ζωής. Συσσωρευτές µε “εµποτισµένο ηλεκτρολύτη” Σ’ αυτό τον σχεδιασµό ο χωριστήρας είναι κατασκευασµένος από “glass fibre mat”, ένα είδος υαλουφάσµατος. Ο ηλεκτρολύτης είναι πλήρως εµποτισµένος στο ενεργό υλικό των πλακών και στο πορώδες υλικό των χωριστήρων. Ωστόσο, ο χωριστήρας είναι αδιαπέραστος από το οξύ. Οι κενοί πόροι του χωριστήρα δηµιουργούν για το οξυγόνο πιθανότητες µεταφοράς. Το σύστηµα αυτό συχνά αναφέρεται ως AGM, “Absorded Glass mat Material” ή “Starved design” αφού µία ανεπαρκής ποσότητα ηλεκτρολύτη έχει προστεθεί στο στοιχείο συσσωρευτή. Εφόσον ο ηλεκτρολύτης είναι περιοριστικός παράγοντας της χωρητικότητας, αυτοί οι συσσωρευτές συχνά έχουν υψηλή πυκνότητα οξέως η οποία µε την σειρά της έχει αποτέλεσµα σε υψηλή τιµή τάσης συντηρητικής φόρτισης (floating charge). Η απόσταση µεταξύ των πλακών στον AGM συσσωρευτή θα πρέπει να είναι όσο το δυνατό πιο µικρή για να είναι δυνατή και εύκολη η µεταφορά αερίων µεταξύ των ηλεκτροδίων. Αυτός ο σχεδιασµός δίνει πολύ καλή επανασύζευξη οξυγόνου. Αυτό είναι απαραίτητο λόγω της περιορισµένης ποσότητας του οξέως στο στοιχείο συσσωρευτή. Ο τύπος αυτός του σχεδιασµού µέχρι στιγµής κατασκευάζεται µόνο µε επίπεδες παστωµένες µε οξείδια του µολύβδου πλάκες. Το ύψος του στοιχείου είναι περιορισµένο εξαιτίας του ρόλου του χωριστήρα ως φυτίλι και γι’ αυτό είναι λιγότερο εµποτισµένος από ηλεκτρολύτη στο επάνω µέρος του από το κάτω. Λιγότερος εµποτισµός σηµαίνει µειωµένη χωρητικότητα. PowerServices BATlex001-12/2/2013 3(10) PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] Επιπρόσθετα µε την δυνατότητα να τοποθετηθούν αυτοί οι συσσωρευτές σε οποιαδήποτε θέση ακόµη και πλαγίως, αυτοί οι συσσωρευτές είναι κατάλληλοι για υψηλά ρεύµατα εκφόρτισης. Αυτό σηµαίνει καταλληλότητα για χρήση σε εγκαταστάσεις UPS εκεί όπου οι χρόνοι εκφόρτισης κυµαίνονται µεταξύ 5 και 15 πρώτα λεπτά. Ο αναµενόµενος όµως χρόνος ζωής τους είναι µικρότερος, συγκρινόµενος µε VR συσσωρευτές µε σωληνωτές θετικές πλάκες και ηλεκτρολύτη σε µορφή ζελέ. Χρόνος ζωής των συσσωρευτών VR Συσσωρευτές VR υπάρχουν στην αγορά σε διάφορους σχεδιασµούς µε διαφορετικούς αναµενόµενους χρόνους ζωής και βαθµούς αξιοπιστίας. Εξαρτάται τόσο από τους αντίστοιχους σχεδιασµούς αλλά και από τις τεχνικές λύσεις κατά την φάση της παραγωγής. Σε λειτουργία συντηρητικής φόρτισης στους 20°C, σε συστήµατα εφεδρείας για παράδειγµα οι συσσωρευτές ζελέ µε θετικές σωληνωτές πλάκες έχουν αναµενόµενο χρόνο ζωής 12-15 χρόνια. Οι αντίστοιχοι συσσωρευτές µε επίπεδες παστωµένες πλάκες συνήθως έχουν χρόνο ζωής 3 και 10 έτη. Οι “επαγγελµατικής χρήσης” συσσωρευτές βρίσκονται στο επάνω όριο της κλίµακας, 10 έτη, ενώ αντίστοιχα συσσωρευτές για συνήθη και ερασιτεχνική χρήση στο άλλο όριο, 3 έτη. Ο χρόνoς ζωής εξαρτάται πολύ από την θερµοκρασία λειτουργίας. Αύξηση θερµοκρασίας κατά 10°C οδηγεί σε κατά 50% µείωση του αναµενόµενου χρόνου ζωής. Το παρακάτω σχήµα 1. παρουσιάζει τον χρόνο ζωής των συσσωρευτών ως συνάρτηση της θερµοκρασίας λειτουργίας. ∆είχνει επίσης ότι συσσωρευτές µε µικρό αναµενόµενο χρόνο ζωής πρακτικά δεν µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε εφαρµογές µε υψηλές θερµοκρασίες λειτουργίας. Σχήµα 1. Η εσωτερική ανασύζευξη του οξυγόνου στους συσσωρευτές VR δηµιουργεί υψηλές εσωτερικές PowerServices BATlex001-12/2/2013 4(10) PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] θερµοκρασίες. Φορτίζοντας ανοικτού τύπου συσσωρευτές η ενέργεια εν µέρει µεταδίδεται ως χηµική ενέργεια στα παραγόµενα αέρια οξυγόνο και υδρογόνο. Στον συσσωρευτή VR όλη η ηλεκτρική ενέργεια µετατρέπεται σε θερµότητα. Η απώλεια θερµότητας έχει αποτέλεσµα, υψηλές εσωτερικές θερµοκρασίες στους συσσωρευτές VR. Αυξηµένη απόδοση στην ανασύζευξη οξυγόνου έχει αποτέλεσµα σε αυξηµένες απώλειες και συνεπώς αύξηση θερµοκρασίας λειτουργίας. Με αυξηµένη θερµοκρασία το ρεύµα αυξάνει, αυξάνοντας τις απώλειες, κ.ο.κ. Αυτό σηµαίνει ότι διαφορετικοί σχεδιασµοί συσσωρευτών µπορεί να λειτουργήσουν µε διαφορετικά σενάρια και σχέσεις της θερµοκρασίας. Το σχήµα 2 παρακάτω παρουσιάζει την αύξηση της θερµοκρασίας λειτουργίας του συσσωρευτή ως συνάρτηση της θερµοκρασίας περιβάλλοντος στους δύο διαφορετικούς σχεδιασµούς συσσωρευτών VR, AGM & Gel. Σχήµα 2. - - - - ΑGM (2.27V/στοιχείο) --------- Gel (2.24V/στοιχείο) Ο συσσωρευτής σωληνωτής θετικής πλάκας µε ηλεκτρολύτη ζελέ, έχει 1-2°C αυξηµένη θερµοκρασία για λειτουργία σε περιβάλλον µεταξύ 22-37°C. Αντίστοιχα ο συσσωρευτής AGM έχει περίπου 2°C αυξηµένη θερµοκρασία σε χαµηλές θερµοκρασίες περιβάλλοντος αλλά περίπου 9°C αντίστοιχα σε υψηλές. Ετσι ο αναµενόµενος χρόνος ζωής των συσσωρευτών AGM θα πρέπει να βασίζεται στους 46°C και όχι στους 37°C. Το χειρότερο φαινόµενο είναι η ανεξέλεγκτη αύξηση της θερµοκρασίας όπως προαναφέρθηκε “Thermal Runaway”. Αυτό εξηγείται επειδή αυξηµένη θερµοκρασία οδηγεί σε αύξηση του ρεύµατος το οποίο µε την σειρά του οδηγεί σε υψηλότερες θερµοκρασίες, κ.ο.κ. PowerServices BATlex001-12/2/2013 5(10) PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] Το αποτέλεσµα αυτού του φαινοµένου είναι η αρκετά υψηλή θερµοκρασία συσσωρευτή η οποία τον καταστρέφει. Οι συσσωρευτές αυτοί δεν επισκευάζονται. Οι θερµοκρασίες δε είναι τόσο µεγάλες ώστε δηµιουργούνται παραµορφώσεις στα δοχεία των συσσωρευτών. Η κυκλική λειτουργία, δηλαδή επαναλαµβανόµενη φόρτιση-εκφόρτιση, καταπονεί τους συσσωρευτές. Ο δυνατός αριθµός εκφορτίσεων, εξαρτάται από το βάθος εκφόρτισης σε κάθε κύκλο. ∆ιαφορετικοί σχεδιασµοί συσσωρευτών έχουν διαφορετική ικανότητα για αυτή την κυκλική λειτουργία. Συσσωρευτές µε θετική σωληνωτή πλάκα είναι κανονικά πιο κατάλληλοι γι’ αυτή την χρήση σε σχέση µε τους συσσωρευτές µε επίπεδες πλάκες. Βλέπε σχήµα 3. Σχήµα 3. Τα τελευταία χρόνια έχει εµφανισθεί ένας αριθµός περιπτώσεων όπου οι συσσωρευτές VR παρουσίασαν µικρή διάρκεια ζωής. Παρακάτω αναφέρονται διάφορες πιθανές αιτίες βλαβών γι’ αυτούς τους συσσωρευτές. • Από τους συσσωρευτές διαρρέει ηλεκτρολύτης. Αυτό σηµαίνει απώλεια χωρητικότητας. Η διαρροή αυτή πιθανόν να οφείλεται σε διαρροή µεταξύ των δοχείων και του πώµατος ή σε ελαττωµατικές βαλβίδες. Ακόµη και η φόρτιση µε υψηλή τάση θα έχει ως αποτέλεσµα υψηλές απώλειες νερού. • ∆ιάβρωση της σύνδεσης των αρνητικών πλακών µεταξύ τους, (post straps), εσωτερικά στα στοιχεία των συσσωρευτών. Αυτό σε ορισµένες περιπτώσεις µπορεί να προξενηθεί από ακατάλληλο συνδυασµό κράµατος. Η χαµηλή τάση συντήρησης µπορεί επίσης να δηµιουργήσει αυτή την βλάβη. PowerServices BATlex001-12/2/2013 6(10) PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] • Βραχυκύκλωµα. Κάτω από µη ευνοϊκές καταστάσεις, διαµέσου του χωριστήρα δηµιουργούνται βραχυκυκλώµατα. • Παραµόρφωση του δοχείου του συσσωρευτή. Ο λειτουργικός σχεδιασµός των συσσωρευτών AGM είναι τέτοιος έτσι ώστε οι οµάδες των πλακών είναι σφιχτά τοποθετηµένες στο δοχείο για να επιτευχθεί καλή επαφή µεταξύ των πλακών. Εαν το δοχείο παραµορφωθεί, η επαφή µειώνεται και η χωρητικότητα επίσης. Λόγος µπορεί να είναι και ο κακός σχεδιασµός αλλά συχνά οι παραµορφώσεις αυτές δηµιουργούνται από υψηλές θερµοκρασίες συνήθως λόγω υπερφορτίσεων. Συντήρηση συσσωρευτών VR Οι συσσωρευτές VR χρειάζονται, όπως και οι αντίστοιχοι ανοικτού τύπου, συντήρηση και εποπτεία µε σκοπό την επίτευξη ασφαλούς λειτουργίας. Περνώντας µετρήσεις τάσεως εντός των προτεινοµένων διαστηµάτων, µπορούν να προβλεφθούν βλάβες όπως για παράδειγµα εσωτερικά βραχυκυκλώµατα. Μετρήσεις της τάσης του καθενός στοιχείου είναι πιο ασφαλής µέθοδος από την µέτρηση της συνολικής τάσης του συσσωρευτή. Μετρώντας την συνολική τάση του συσσωρευτή ένα ελαττωµατικό στοιχείο µπορεί να “καλυφθεί” από ένα αντίστοιχα καλό. Πρέπει οι συσσωρευτές VR να έχουν σηµεία µετρήσεων της τάσης καθενός στοιχείου ή ακόµη καλύτερα συνδετήρες για εφαρµογή, εάν είναι δυνατό, αυτόµατου συστήµατος µέτρησης τάσεων µε χρήση Ηλεκτρονικού Υπολογιστή, PC. Είναι σηµαντικό να ελέγχεται η τάση συντήρησης. Εάν αυτή είναι πολύ υψηλή θα οδηγήσει σε αυξηµένη θερµοκρασία λειτουργίας η οποία µε την σειρά της, µειωµένη διάρκεια ζωής και στην χειρότερη περίπτωση το φαινόµενο “Thermal Runaway”. Αυτό είναι περισσότερο πιθανό στους συσσωρευτές τεχνολογίας AGM. Εάν η τάση συντηρητικής φόρτισης είναι πολύ χαµηλή, ο συσσωρευτής σιγά-σιγά εκφορτίζεται µετά από κάποιο χρόνο λειτουργίας. Τα τελευταία χρόνια µετρήσεις εσωτερικής αντίστασης ή αγωγιµότητας έχουν παρουσιαστεί ως εναλλακτικές µετρήσεις της κατάστασης συσσωρευτών. Με τις µετρήσεις αυτές φανερώνεται ότι οι συσσωρευτές µε αποδεκτά επίπεδα τάσεως είναι δυνατόν να έχουν µικρές χωρητικότητες. Μόνο οι µετρήσεις εσωτερικής αντίστασης ή αγωγιµότητας µπορούν να βρουν αυτούς τους συσσωρευτές. Ο έλεγχος χωρητικότητας που γίνεται µε πραγµατική εκφόρτιση είναι ο ασφαλέστερος και πιο αξιόπιστος τρόπος ελέγχου της κατάστασης αυτών των συσσωρευτών. Εγκαταστάσεις συσσωρευτών VR Επειδή οι συσσωρευτές VR έχουν µη-υγρό ηλεκτρολύτη, µπορούν να εγκατασταθούν πιο ελεύθερα από τους αντίστοιχους συµβατικούς. Μπορούν να τοποθετηθούν οριζόντια ή εδραζόµενοι στις πλευρικές επιφάνειες τους. Αυτό σηµαίνει ότι θα µπορούσαν να τοποθετηθούν σε πολλά επίπεδα ραφιών ή σε βάθρα, αλλά ακόµη και PowerServices BATlex001-12/2/2013 7(10) PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] σε κλειστά ερµάρια. Εφ΄οσον δεν γίνεται πλήρωση µε οξύ ορισµένες εγκαταστάσεις είναι συµπαγείς και λιγότερο ή περισσότερο δύσκολο να ελεγχθούν οι συσσωρευτές τους. Πρέπει να αναφερθεί ότι ακόµη και οι συσσωρευτές VR απαιτούν συντήρηση. ∆ηλαδή έλεγχο της τάσης φόρτισης, εξωτερικό καθαρισµό και σύσφιξη των συνδέσεων. Για τον λόγο αυτό ο χώρος εγκατάστασης των συσσωρευτών πρέπει να έχει ευρυχωρία µεταξύ των ραφιών ειδικότερα όταν οι συσσωρευτές τοποθετούνται σε οριζόντια θέση. Τοποθετώντας τους συσσωρευτές σε πλάγια θέση είναι πολύ πιο εύκολο αφού οι πόλοι τους είναι πρόσωπο µε πρόσωπο µε τον συντηρητή. Λόγω της αποδέσµευσης από τους συσσωρευτές VR του υδρογόνου είναι απαραίτητο να εξασφαλισθεί ο συνήθης αερισµός. Πολλές φορές πρέπει να γίνεται και υπολογισµός αυτού του αερισµού για να υπάρχει κάποια ικανοποιητική εφεδρεία, Οι γερµανικοί κανονισµοί VDE-0510, ειδικότερα τα µέρη 2&7 αναφέρονται σε αυτούς τους υπολογισµούς. Αναφέρονται για εγκαταστάσεις συσσωρευτών σε κλειστά ερµάρια αλλά και σε βάθρα. Σκοπός του απαραίτητου αερισµού είναι όχι µόνο ο περιορισµός των αερίων που παράγονται αλλά και η συγκράτηση της θερµοκρασίας σε επίπεδα µεταξύ 15 και 25°C µε αντίστοιχο περιορισµό στην πιθανότητα µείωσης του χρόνου ζωής που συµβαίνει σε αυξηµένες θερµοκρασίες. Πρέπει να αναφερθεί ότι το αέριο υδρογόνο που παράγεται σε ογκοµετρικές συγκεντρώσεις ποσοστού 4% δηµιουργεί εκρηκτικό µείγµα. Σε συµπαγείς εγκαταστάσεις πρέπει επίσης να υπολογίζεται και η επιφανειακή φόρτιση του δαπέδου στο χώρο τοποθέτησης των συσσωρευτών. Λόγω του αυξηµένου βάρους και των µικρών διαστάσεων των συσσωρευτών (µόλυβδος) πολλές φορές η πίεση του δαπέδου µπορεί να φθάσει Και τα 2.000 kg/m2. Πρέπει συνεπώς να γίνεται µελέτη αντοχής τόσο για το βάθρο όσο και το δάπεδο τοποθέτησης αυτών των συσσωρευτών. Σήµερα πλέον όλα τα βάθρα είναι αντισεισµικής κατασκευής. Φόρτιση των συσσωρευτών VR Οι συσσωρευτές VR φορτίζονται συνήθως µε εφαρµογή σταθερής συντηρητικής τάσης φόρτισης, (floating voltage). Η φόρτιση τους ακολουθεί την καµπύλη ΙU κατά DIN 41773. Εάν είναι επιθυµητό να µειωθεί ο χρόνος φόρτισης µε αύξηση της τάσης φόρτισης, πρέπει να ακολουθούνται προσεκτικά οι οδηγίες του κατασκευαστή. Συνεχή φόρτιση µε υψηλή τάση οδηγεί σε υψηλές θερµοκρασίες λειτουργίας, αυξηµένες απώλειες νερού και κίνδυνος φαινοµένου ‘thermal runaway”. Για να µειωθεί η παραγόµενη θερµότητα σε συντηρητική φόρτιση από υψηλές θερµοκρασίες περιβάλλοντος, η συντηρητική τάση πρέπει να αντισταθµίζεται µε την σταθερά -0.003V/°C για κάθε βαθµό θερµοκρασίας πάνω από τους 20°C. Η σταθερά αυτή δίνεται από τον κατασκευαστή των συσσωρευτών. Όσο µικρότερη είναι η τιµή της τόσο λιγότερος είναι ο επηρεασµός της θερµοκρασίας λειτουργίας στον χρόνο ζωής των συσσωρευτών. Αυτό µπορεί να ενσωµατωθεί στα ηλεκτρονικά κυκλώµατα του φορτιστή. Ο φορτιστής αυτόµατα θα διορθώνει την αντίστοιχη τιµή της τάσης συντηρητικής φόρτισης µε την θερµοκρασία των συσσωρευτών. ο αισθητήρας πρέπει βέβαια να τοποθετηθεί σε άµεση επαφή µε το δοχείο του συσσωρευτή που λειτουργεί στο “θερµότερο” σηµείο της εγκατάστασης. Συνήθως αυτό είναι στη µέση της συστοιχίας. PowerServices BATlex001-12/2/2013 8(10) PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] Οικονοµικά στοιχεία εγκαταστάσεων συσσωρευτών VR Mία εγκατάσταση συστοιχίας συσσωρευτών από οικονοµικής πλευράς εξαρτάται από διάφορους συντελεστές οι οποίοι είναι: • Τον αξιόπιστο χρόνο ζωής. • Το αρχικό κόστος αγοράς της συστοιχίας συσσωρευτών. • Το κόστος αλλαγής των συσσωρευτών. Συσσωρευτές µε µικρό χρόνο ζωής απαιτούν συχνές αλλαγές µε αυξηµένο κόστος. Συχνές αλλαγές σηµαίνει δηµιουργία οικολογικού προβλήµατος µιας και οι συσσωρευτές ρυπαίνουν µε τα οξείδια του µολύβδου το περιβάλλον. • Το κόστος του χώρου εγκατάστασης των συσσωρευτών. Οι συσσωρευτές VR συνήθως δεσµεύουν µικρότερο χώρο, και δεν απαιτούν ειδικά δωµάτια σε σχέση µε τους συµβατικούς συσσωρευτές ανοικτού τύπου. • Το κόστος του συστήµατος κλιµατισµού-αερισµού. Με σκοπό να επιτευχθεί αποδεκτός χρόνος ζωής και ασφάλεια λειτουργίας πρέπει να ρυθµίζεται αυτόµατα η θερµοκρασία και ο αερισµός του χώρου συσσωρευτών σε αποδεκτά επίπεδα. Ειδικά για συσσωρευτές µε υψηλές θερµικές απώλειες. • Ασφάλεια / κόστος λειτουργίας. ∆ιακοπές λειτουργίας µπορούν να οδηγήσουν σε αυξηµένο πραγµατικό κόστος. Συσσωρευτής µε µεγάλη αναµενόµενη διάρκεια ζωής για ασφαλή λειτουργία µπορεί να µειώσει αυτό το κόστος. ∆ηµοσθένης Ισ. Στάµπας Ηλεκτρολόγος Μηχανικός PowerServices BATlex001-12/2/2013 9(10) PowerServices Κ. Αρβανίτη 9, 144 52 Μεταµόρφωση Τηλ. 210 2841 084, fax. 2102848 676 e-mail: [email protected] ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. “Specification for electric storage batteries and battery plants”, VDE-0510/DIN57510/01-1977 2. “Technical broshure SGV, gelled tubular blocks VRLA batteries”, TUDOR-SONNAK AG, Norway. 3. “Technical broshure dryfit Batteries”, SONNENSHEIN BATTERIES GmbH, Germany. 4. “Instructions for use and maintenance of SGF batterie blocks”, TUDOR-SONNAK AG. Norway. 5. “Drysafe series batteries, General leaflet”, HAGEN GmbH, Germany. 6. “Batteries in UPS instalations”, FISKARS POWER SYSTEMS OY, Finland. 7. “ H ανάγκη για προστασία από συστήµατα αδιάλειπτης παροχής ενέργειας”, ∆. Στάµπας, Μάρτης, 1996. PowerServices BATlex001-12/2/2013 10(10)
© Copyright 2024 Paperzz
